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青島能源所研究人員首次實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)中范德華作用的定量解析

發(fā)布時(shí)間: 2018-04-20
撰稿: 青島生物能源與過程研究所
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　　蛋白質(zhì)是生命體重要組成成分和生命活動(dòng)的重要執(zhí)行者，在蛋白質(zhì)中存在多種非共價(jià)相互作用協(xié)同工作進(jìn)而穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的功能。其中，范德華作用是一種不可忽視的作用力。通常范德華作用可以根據(jù)蛋白質(zhì)中結(jié)構(gòu)參數(shù)如側(cè)鏈基團(tuán)之間的距離來推斷，但是在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)定量測(cè)量十分困難。

　　J-耦合常數(shù)的檢測(cè)為研究范德華力提供了新的信息，理論計(jì)算方面已有相關(guān)報(bào)道，但直接的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)還未能實(shí)現(xiàn)。青島能源所蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)研究組研究出一種新的核磁共振方法，通過檢測(cè)蛋白質(zhì)甲基基團(tuán)碳原子與其它脂肪族側(cè)鏈碳原子之間的跨范德華力的J-耦合常數(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)蛋白質(zhì)中范德華作用的定量解析。相關(guān)研究成果已發(fā)表于Journal of the American Chemical Society雜志上（JACS 2018,140: 3194.）。

　　該研究以IgG結(jié)合蛋白質(zhì)GB3為研究對(duì)象，通過對(duì)亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸的甲基進(jìn)行[13C, 1H]選擇性標(biāo)記（對(duì)其它氨基酸進(jìn)行[13C, 2H]標(biāo)記），設(shè)計(jì)HMQC實(shí)驗(yàn)脈沖序列，利用其較長(zhǎng)的徑向弛豫時(shí)間來實(shí)現(xiàn)磁化矢量從甲基碳原子到脂肪族側(cè)鏈碳原子上的傳遞（圖1），從而實(shí)現(xiàn)跨范德華力的JCC-耦合常數(shù)測(cè)量（數(shù)值在~0.1-0.6 Hz之間）。進(jìn)一步的量子力學(xué)計(jì)算表明，跨范德華力的JCC-耦合常數(shù)與范德華力的交換互斥力組分正相關(guān)（另一重要范德華力組分是色散作用力）。

　　該工作首次實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)跨范德華力的JCC-耦合常數(shù)測(cè)量，并對(duì)其來源機(jī)制進(jìn)行了解析，為證明蛋白質(zhì)中范德華作用存在提供了直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，也為理解分析蛋白質(zhì)中的非共價(jià)作用提供了新思路。

　　以上研究由青島能源所蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)研究組姚禮山研究員主持完成，獲得國(guó)家自然科學(xué)基金的支持，部分實(shí)驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)研究院穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置中完成。（文/圖 李敬文 安遼原）

圖1. 蛋白質(zhì)內(nèi)部跨范德華力的JCC-耦合常數(shù)測(cè)量

附錄：

Jingwen Li,# Yefei Wang,# Liaoyuan An, Jingfei Chen, and Lishan Yao. Direct Observation of CH/CH van der Waals Interactions in Proteins by NMR, JACS, 2018, 140: 3194-3197.
附件：